(57)【要約】【課題】  たとえば照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布を、その外形だけでなく不均一な分布も考慮して実効的に等価で均一な光強度分布として評価する。【解決手段】  ほぼ輪帯形状の光強度分布を、これと実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布として評価する方法。ほぼ輪帯形状の光強度分布について一次モーメント値を求め（Ｓ２）、ほぼ輪帯形状の光強度分布について二次モーメント値を求め（Ｓ３）、一次モーメント値に基づいて上記輪帯形状で均一な光強度分布の外径と内径との平均値に対応する中間径を求め（Ｓ４）、二次モーメント値に基づいて上記輪帯形状で均一な光強度分布の外径と内径との差に対応する幅を求める（Ｓ５）。【選択図】  図３
2005353869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定面に形成されたほぼ円形形状の光強度分布を、該ほぼ円形形状の光強度分布と実効的に等価な円形形状で均一な光強度分布として評価する方法であって、
前記ほぼ円形形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と所定の中心点と前記各点との距離との積を前記領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める工程と、
前記一次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記円形形状で均一な光強度分布の外径を求める工程とを含むことを特徴とする評価方法。
【請求項２】
所定面に形成されたほぼ輪帯形状の光強度分布を、該ほぼ輪帯形状の光強度分布と実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布として評価する方法であって、
前記ほぼ輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と所定の中心点と前記各点との距離との積を前記領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める工程と、
前記ほぼ輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と前記所定の中心点と前記各点との距離の二乗との積を前記領域の全体に亘って積分して二次モーメント値を求める工程と、
前記一次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記輪帯形状で均一な光強度分布の外径と内径との平均値に対応する中間径を求める工程と、
前記二次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記輪帯形状で均一な光強度分布の外径と内径との差に対応する幅を求める工程とを含むことを特徴とする評価方法。
【請求項３】
所定面に形成された所定の光強度分布を、該所定の光強度分布と実効的に等価で均一な光強度分布として評価する方法であって、
前記所定の光強度分布の領域内の各点における光強度と所定の中心点と前記各点との距離との積を前記領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める工程と、
前記一次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記均一な光強度分布の外径を求める工程とを含むことを特徴とする評価方法。
【請求項４】
前記所定の光強度分布の領域内の各点における光強度と前記所定の中心点と前記各点との距離の二乗との積を前記領域の全体に亘って積分して二次モーメント値を求める工程と、
前記二次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記均一な光強度分布の外径と内径との差に対応する幅を求める工程とを含むことを特徴とする請求項３に記載の評価方法。
【請求項５】
所定面に形成された複数極状の光強度分布を、該複数極状の光強度分布と実効的に等価な複数極状で均一な光強度分布として評価する方法であって、
前記複数極状の光強度分布の領域内の各点における光強度を所定の中心点に関して周方向に積分して前記所定の中心点を中心とする輪帯形状の光強度分布を求める工程と、
前記輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と前記所定の中心点と前記各点との距離との積を前記領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める工程と、
前記輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と前記所定の中心点と前記各点との距離の二乗との積を前記領域の全体に亘って積分して二次モーメント値を求める工程と、
前記一次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記複数極状で均一な光強度分布の外径と内径との平均値に対応する中間径を求める工程と、
前記二次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記複数極状で均一な光強度分布の外径と内径との差に対応する幅を求める工程とを含むことを特徴とする評価方法。
【請求項６】
前記複数極状の光強度分布を構成する任意の単極の光強度分布の領域内の各点における光強度を前記所定の中心点に関して径方向に積分して光強度角度分布を求める工程と、
前記光強度角度分布に基づいて、前記複数極状で均一な光強度分布のうち前記任意の単極に対応する単極の光強度分布を前記所定の中心点から見込む角度を求める工程とを含むことを特徴とする請求項５に記載の評価方法。
【請求項７】
前記光強度角度分布の半値幅に基づいて前記見込む角度を求めることを特徴とする請求項６に記載の評価方法。
【請求項８】
所定面に形成された光強度分布を計測する計測工程と、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の評価方法を用いて前記計測工程で計測された前記光強度分布を評価する評価工程と、
前記評価工程の評価結果に基づいて前記光強度分布を調整する調整工程とを含むことを特徴とする調整方法。
【請求項９】
光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置の調整方法において、
前記照明光学装置の照明瞳面に形成される実質的な面光源の光強度分布を計測する計測工程と、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の評価方法を用いて前記計測工程で計測された前記光強度分布を評価する評価工程と、
前記評価工程の評価結果に基づいて前記光強度分布を調整する調整工程とを含むことを特徴とする調整方法。
【請求項１０】
前記調整工程では、前記被照射面上の各点について前記輪帯形状で均一な光強度分布の外径のばらつきが±１．５％以内になるように前記光強度分布を調整することを特徴とする請求項９に記載の調整方法。
【請求項１１】
前記調整工程では、前記被照射面上の各点について前記輪帯形状で均一な光強度分布の内径のばらつきが±１．５％以内になるように前記光強度分布を調整することを特徴とする請求項９または１０に記載の調整方法。
【請求項１２】
前記調整工程では、前記被照射面上の各点について前記円形形状で均一な光強度分布の外径のばらつきが±１．５％以内になるように前記光強度分布を調整することを特徴とする請求項９に記載の調整方法。
【請求項１３】
前記計測工程では、前記被照射面を通過した光に基づいて前記照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の調整方法。
【請求項１４】
請求項７乃至１３のいずれか１項に記載の調整方法により調整されたことを特徴とする照明光学装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の照明光学装置を備え、マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
前記マスクの前記パターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系をさらに備え、
前記計測工程では、前記投影光学系を通過した光に基づいて前記照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の照明光学装置を用いて、マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光方法。
【請求項１８】
投影光学系を用いて、前記マスクの前記パターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、
前記計測工程では、前記投影光学系を通過した光に基づいて前記照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布を計測することを特徴とする請求項１７に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光強度分布の評価方法、調整方法、照明光学装置、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に搭載される照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布の評価に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロレンズアレイ）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳面における所定の光強度分布）を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
そこで、フライアイレンズの後側焦点面に円形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照明のコヒーレンシィσ（σ値＝開口絞り径／投影光学系の瞳径、あるいはσ値＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数）を変化させる技術が注目されている。また、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や４極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、フライアイレンズの後側焦点面すなわち照明瞳面に形成される二次光源（実質的な面光源）の光強度分布がほぼ均一（光強度が二次光源の全体に亘ってほぼ一定）であれば、二次光源の形状および大きさと結像特性との関係を把握すること、すなわち二次光源の形状および大きさに基づいて結像特性を評価することが容易である。しかしながら、露光装置において実際に得られる二次光源は、均一ではなく変化が比較的大きい光強度分布を有する。
【０００６】
従来技術では、不均一な分布を無視し、その外形だけを考慮して、二次光源の形状および大きさを評価していた。その結果、外形だけを考慮して評価された二次光源の形状および大きさに基づいて結像特性を正しく評価することができず、ひいては異なる２つの露光装置の間で解像線幅のばらつきが発生し易いという不都合があった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布を、その外形だけでなく不均一な分布も考慮して実効的に等価で均一な光強度分布として評価することのできる評価方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、たとえば照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布を実効的に等価で均一な光強度分布として評価する評価方法を用いて、照明瞳面の光強度分布を高精度に調整することのできる調整方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、たとえば照明瞳面の光強度分布が高精度に調整された照明光学装置を用いて、微細パターンを忠実に投影露光することのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、所定面に形成されたほぼ円形形状の光強度分布を、該ほぼ円形形状の光強度分布と実効的に等価な円形形状で均一な光強度分布として評価する方法であって、
前記ほぼ円形形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と所定の中心点と前記各点との距離との積を前記領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める工程と、
前記一次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記円形形状で均一な光強度分布の外径を求める工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２形態では、所定面に形成されたほぼ輪帯形状の光強度分布を、該ほぼ輪帯形状の光強度分布と実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布として評価する方法であって、
前記ほぼ輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と所定の中心点と前記各点との距離との積を前記領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める工程と、
前記ほぼ輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と前記所定の中心点と前記各点との距離の二乗との積を前記領域の全体に亘って積分して二次モーメント値を求める工程と、
前記一次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記輪帯形状で均一な光強度分布の外径と内径との平均値に対応する中間径を求める工程と、
前記二次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記輪帯形状で均一な光強度分布の外径と内径との差に対応する幅を求める工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。
【００１２】
本発明の第３形態では、所定面に形成された所定の光強度分布を、該所定の光強度分布と実効的に等価で均一な光強度分布として評価する方法であって、
前記所定の光強度分布の領域内の各点における光強度と所定の中心点と前記各点との距離との積を前記領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める工程と、
前記一次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記均一な光強度分布の外径を求める工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。
【００１３】
本発明の第４形態では、所定面に形成された複数極状の光強度分布を、該複数極状の光強度分布と実効的に等価な複数極状で均一な光強度分布として評価する方法であって、
前記複数極状の光強度分布の領域内の各点における光強度を所定の中心点に関して周方向に積分して前記所定の中心点を中心とする輪帯形状の光強度分布を求める工程と、
前記輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と前記所定の中心点と前記各点との距離との積を前記領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める工程と、
前記輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と前記所定の中心点と前記各点との距離の二乗との積を前記領域の全体に亘って積分して二次モーメント値を求める工程と、
前記一次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記複数極状で均一な光強度分布の外径と内径との平均値に対応する中間径を求める工程と、
前記二次モーメント値に基づいて、前記所定の中心点を中心とする前記複数極状で均一な光強度分布の外径と内径との差に対応する幅を求める工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。
【００１４】
本発明の第５形態では、所定面に形成された光強度分布を計測する計測工程と、
第１形態〜第４形態の評価方法を用いて前記計測工程で計測された前記光強度分布を評価する評価工程と、
前記評価工程の評価結果に基づいて前記光強度分布を調整する調整工程とを含むことを特徴とする調整方法を提供する。
【００１５】
本発明の第６形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置の調整方法において、
前記照明光学装置の照明瞳面に形成される実質的な面光源の光強度分布を計測する計測工程と、
第１形態〜第４形態の評価方法を用いて前記計測工程で計測された前記光強度分布を評価する評価工程と、
前記評価工程の評価結果に基づいて前記光強度分布を調整する調整工程とを含むことを特徴とする調整方法を提供する。
【００１６】
本発明の第７形態では、第５形態または第６形態の調整方法により調整されたことを特徴とする照明光学装置を提供する。
【００１７】
本発明の第８形態では、第７形態の照明光学装置を備え、マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
本発明の第９形態では、第７形態の照明光学装置を用いて、マスクのパターンを感光性基板上へ露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、たとえば照明光学装置の照明瞳面に形成されたほぼ輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と光軸（所定の中心点）と各点との距離との積を領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める。また、ほぼ輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と光軸と各点との距離の二乗との積を領域の全体に亘って積分して二次モーメント値を求める。そして、一次モーメント値と二次モーメント値とに基づいて、ほぼ輪帯形状の光強度分布と実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布の外径、内径、輪帯比などを求める。
【００２０】
こうして、本発明では、たとえば照明光学装置の照明瞳面に形成される光強度分布（二次光源）を、その外形だけでなく不均一な分布も考慮して実効的に等価で均一な光強度分布として評価することができ、ひいては照明瞳面の光強度分布を高精度に調整することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、照明瞳面の光強度分布が高精度に調整された照明光学装置を用いて、微細パターンを忠実に投影露光することができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図２は、図１の露光装置に搭載された計測装置の内部構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＹ軸を、ウェハＷに平行な面内において互いに直交する２つの方向に沿ってＸ軸およびＺ軸をそれぞれ設定している。なお、図１では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
【００２２】
本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するためのレーザ光源１を備えている。レーザ光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。レーザ光源１から射出されたほぼ平行光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００２３】
整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介したほぼ平行光束は、輪帯照明用の回折光学素子３を介して、ズームレンズ４に入射する。ズームレンズ４の後側焦点面の近傍には、マイクロフライアイレンズ５の入射面が位置決めされている。一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子３は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、輪帯状の断面を有する発散光束に変換する。
【００２４】
回折光学素子３は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ円形照明用の回折光学素子や４極照明用の回折光学素子と切り換え可能に構成されている。マイクロフライアイレンズ５は、縦横に且つ稠密に配列された多数の微小レンズ（光学要素）からなる光学部材である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面ガラス板にＭＥＭＳ技術（リソグラフィー＋エッチング等）を応用して多数の微小光学面を同時形成することによって構成される。こうして、回折光学素子３を介した光束は、ズームレンズ４を介して、波面分割型のオプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とする輪帯状の照野を形成する。
【００２５】
ここで、形成される輪帯状の照野の大きさ（すなわちその外径）は、ズームレンズ４の焦点距離に依存して変化する。マイクロフライアイレンズ５に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面には、マイクロフライアイレンズ５への入射光束によって形成される輪帯状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。
【００２６】
マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面（すなわち照明瞳面）に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系６の集光作用を受けた後、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的に共役な面に配置されたマスクブラインド７を重畳的に照明する。こうして、マスクブラインド７には、マイクロフライアイレンズ５を構成する各微小レンズの形状と相似な矩形状の照野が形成される。マスクブラインド７の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系８の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００２７】
このように、結像光学系８は、マスクブラインド７の矩形状開口部の像を、マスクステージＭＳにより支持されたマスクＭ上に形成することになる。すなわち、マスクブラインド７は、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）上に形成される照明領域を規定するための視野絞りを構成している。マスクＭには転写すべきパターンが形成されており、たとえばパターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＺ方向に沿って短辺を有する矩形状のパターン領域が照明される。
【００２８】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系ＰＬは、その瞳位置に配置されて可変開口部を有する開口絞りＡＳを有し、マスクＭ側およびウェハＷ側の双方にほぼテレセントリックに構成されている。したがって、投影光学系ＰＬの瞳位置には照明光学系（２〜８）の照明瞳面における二次光源の像が形成され、投影光学系ＰＬを介した光によってウェハＷがケーラー照明される。すなわち、ウェハステージＷＳにより支持されたウェハＷ上には、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、たとえばＸ方向に沿って長辺を有し且つＺ方向に沿って短辺を有する矩形状の実効露光領域（すなわち静止露光領域）にパターン像が形成される。
【００２９】
上述したように、マスクＭ上の照明領域およびウェハＷ上の実効露光領域は、Ｚ方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがって、矩形状の実効露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＺ方向に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には実効露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域に対してマスクパターンが走査露光される。
【００３０】
なお、回折光学素子３に代えて円形照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、円形状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された円形状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する円形状の二次光源が形成される。
【００３１】
また、回折光学素子３に代えて４極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって４極照明を行うことができる。４極照明用の回折光学素子は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、４極状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、４極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された４極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する４極状の二次光源が形成される。
【００３２】
さらに、回折光学素子３に代えて、他の複数極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、様々な複数極照明（２極照明、８極照明など）を行うことができる。同様に、回折光学素子３に代えて、適当な特性を有する回折光学素子を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。
【００３３】
本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬ中の開口絞りＡＳの位置における光強度分布に対応する光強度分布を計測するための計測装置１０を備えている。図２を参照すると、計測装置１０は、ピンホール部材１０ａと、集光レンズ１０ｂと、たとえば二次元ＣＣＤのような光検出器１０ｃとを有する。ここで、ピンホール部材１０ａは、投影光学系ＰＬの像面位置（すなわち露光に際してウェハＷの被露光面が位置決めされるべき高さ位置）に配置されている。そして、ピンホール部材１０ａは集光レンズ１０ｂの前側焦点位置に配置され、光検出器１０ｃは集光レンズ１０ｂの後側焦点位置に配置されている。
【００３４】
したがって、光検出器１０ｃの検出面は、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置に配置されている。計測装置１０では、投影光学系ＰＬを通過した光は、ピンホール部材１０ａのピンホールを通過し、集光レンズ１０ｂの集光作用を受けた後、光検出器１０ｃの検出面に達する。こうして、光検出器１０ｃの検出面には、開口絞りＡＳの位置における光強度分布に対応する光強度分布が形成される。その結果、計測装置１０は、投影光学系ＰＬを通過した光に基づいて、照明光学系（２〜８）の照明瞳面（マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面）と光学的に共役な面における光強度分布を計測する。
【００３５】
図３は、本実施形態の計測装置を用いて計測されたほぼ輪帯形状の光強度分布の評価方法を含む調整方法の工程を概略的に示すフローチャートである。図３を参照すると、本実施形態の調整方法では、たとえば計測装置１０を用いて、投影光学系ＰＬを通過した光に基づいて照明光学系（２〜８）の照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布を計測する（Ｓ１）。本実施形態では、輪帯照明時に照明光学系（２〜８）の照明瞳面に形成される輪帯状の二次光源に対応して計測されるほぼ輪帯形状の光強度分布の評価および調整に対して本発明を例示的に適用するものとする。
【００３６】
次いで、本実施形態の調整方法では、計測工程Ｓ１で計測されたほぼ輪帯形状の光強度分布の領域内の各点における光強度と所定の中心点と各点との距離との積を領域の全体に亘って積分して一次モーメント値を求める（Ｓ２）。具体的には、図４に示すように計測工程Ｓ１で計測されたほぼ輪帯形状の光強度分布４０に対して、所定の中心点としての光軸ＡＸを中心とする極座標（ｒ，θ）を設定する。ここで、ｒは極座標の半怪であり、θは極座標の動径角である。
【００３７】
この場合、ほぼ輪帯形状の光強度分布４０において光強度Ｉ（ｒ，θ）はその領域Ｓの全体に亘って均一（一定）ではなく、たとえば図５（ａ）に示すような変化の比較的大きいガウス型に近い分布を有する。工程Ｓ２では、次の式（１）により、ほぼ輪帯形状の光強度分布４０の領域Ｓ内の各点における光強度Ｉ（ｒ，θ）と光軸ＡＸと各点との距離ｒとの積ｒ×Ｉ（ｒ，θ）を領域Ｓの全体（ｒ＝ｒ１〜ｒ２，θ＝０〜２π）に亘って積分して一次モーメント値ＰＭを求める。
【００３８】
【数１】
2005353869.tif 000003
【００３９】
次いで、本実施形態の調整方法では、計測工程Ｓ１で計測されたほぼ輪帯形状の光強度分布４０の領域Ｓ内の各点における光強度Ｉ（ｒ，θ）と光軸ＡＸと各点との距離ｒの二乗ｒ2との積ｒ2×Ｉ（ｒ，θ）を領域Ｓの全体（ｒ＝ｒ１〜ｒ２，θ＝０〜２π）に亘って積分して二次モーメント値ＳＭを求める（Ｓ３）。すなわち、工程Ｓ３では、次の式（２）により、二次モーメント値ＳＭを求める。
【００４０】
【数２】
2005353869.tif 000004
【００４１】
さらに、本実施形態の調整方法では、工程Ｓ２で求めた一次モーメント値ＰＭに基づいて、計測工程Ｓ１で計測されたほぼ輪帯形状の光強度分布４０と実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布、すなわち図５（ｂ）に示すような光軸ＡＸを中心とする輪帯形状で均一な（トップハット型の）光強度分布４１の外径（半径）Ｒｏと内径（半径）Ｒｉとの平均値に対応する中間径（半径）Ｒｍを求める（Ｓ４）。次いで、工程Ｓ３で求めた二次モーメント値ＳＭに基づいて、光軸ＡＸを中心とする輪帯形状で均一な光強度分布４１の外径Ｒｏと内径Ｒｉとの差（Ｒｏ−Ｒｉ）に対応する幅Ｂを求める（Ｓ５）。
【００４２】
換言すれば、工程Ｓ４およびＳ５では、工程Ｓ２で求めた一次モーメント値ＰＭと工程Ｓ３で求めた二次モーメント値ＳＭとに基づいて、計測工程Ｓ１で計測されたほぼ輪帯形状の光強度分布４０と実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布４１の主要なパラメータ、すなわち外径Ｒｏ、内径Ｒｉ、輪帯比（Ｒｉ／Ｒｏ）などを求めることができる。ちなみに、一次モーメント値ＰＭは、ほぼ輪帯形状の光強度分布４０の分散に対応し、二次モーメント値ＳＭは、ほぼ輪帯形状の光強度分布４０の光軸ＡＸからの平均距離に対応している。
【００４３】
最後に、本実施形態の調整方法では、評価工程（Ｓ２〜Ｓ５）の評価結果に基づいて、照明光学系（２〜８）の照明瞳面における光強度分布を調整する（Ｓ６）。具体的に、調整工程Ｓ６では、照明光学系（２〜８）の照明瞳面と光学的に共役な面におけるほぼ輪帯形状の光強度分布４０と実効的に等価な、ひいては照明光学系（２〜８）の照明瞳面におけるほぼ輪帯形状の光強度分布（二次光源）と実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布４１の主要なパラメータ（外径、内径、輪帯比など）を参照し、露光装置への入力設定値に応答して所望のパラメータを有する実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布が二次光源として照明光学系（２〜８）の照明瞳面に形成されるように光学調整を行う。
【００４４】
以上のように、本実施形態では、照明光学装置（１〜８）の照明瞳面に形成される光強度分布（二次光源）を、その外形だけでなく不均一な分布も考慮して実効的に等価で均一な光強度分布として評価することができ、ひいては照明瞳面の光強度分布を高精度に調整することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、照明瞳面の光強度分布が高精度に調整された照明光学装置（１〜９）を用いて、微細パターンを忠実に投影露光することができる。
【００４５】
すなわち、本実施形態では、照明瞳面に形成される光強度分布（二次光源）の外形だけを考慮する従来技術とは異なり、外形に加えて不均一な分布も考慮して実効的に等価で均一な光強度分布として評価された二次光源の形状および大きさ（輪帯形状の二次光源の場合にはその外径、内径、輪帯比など）に基づいて結像特性を正しく評価することができるので、異なる２つの露光装置の間での解像線幅のばらつきを良好に抑えることができ、ひいては号機間のマッチングを良好に図ることができる。
【００４６】
なお、解像線幅のばらつきを良好に抑えて微細パターンを忠実に投影露光するために、調整工程Ｓ６では、投影光学系ＰＬの像面上の各点について実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布４１の外径Ｒｏのばらつきが±１．５％以内になるように照明瞳面に形成される光強度分布を調整することが好ましい。同様に、調整工程Ｓ６では、投影光学系ＰＬの像面上の各点について実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布４１の内径Ｒｉのばらつきが±１．５％以内になるように照明瞳面に形成される光強度分布を調整することが好ましい。
【００４７】
なお、上述の実施形態では、ほぼ輪帯形状の光強度分布の評価および調整に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばほぼ円形形状の光強度分布や、複数極状の光強度分布の評価および調整に対しても本発明を適用することができる。特に円形形状の光強度分布の評価および調整は、輪帯形状の光強度分布の評価および調整に類似しており、しかも輪帯形状の光強度分布の場合よりも単純である。
【００４８】
すなわち、通常の円形照明時に照明光学系（２〜８）の照明瞳面に形成される円形状の二次光源に対応して計測装置１０により計測されるほぼ円形形状の光強度分布の評価および調整の場合、ほぼ円形形状の光強度分布の領域Ｓ内の各点における光強度Ｉ（ｒ，θ）と光軸ＡＸと各点との距離ｒとの積ｒ×Ｉ（ｒ，θ）を領域Ｓの全体に亘って積分して一次モーメント値ＰＭを求める。そして、一次モーメント値ＰＭに基づいて、計測されたほぼ円形形状の光強度分布と実効的に等価な円形形状で均一な光強度分布の外径を求める。
【００４９】
さらに、露光装置への入力設定値に応答して所望の外径を有する実効的に等価な円形形状で均一な光強度分布が二次光源として照明光学系（２〜８）の照明瞳面に形成されるように光学調整を行う。この場合、解像線幅のばらつきを良好に抑えて微細パターンを忠実に投影露光するために、投影光学系ＰＬの像面上の各点について実効的に等価な円形形状で均一な光強度分布の外径のばらつきが±１．５％以内になるように照明瞳面に形成される光強度分布を調整することが好ましい。
【００５０】
次に、複数極状の光強度分布の評価および調整の一例として、２極照明時に照明光学系（２〜８）の照明瞳面に形成される２極状の二次光源に対応して計測装置１０により計測される２極状の光強度分布の評価および調整について説明する。この場合、図６のフローチャートに示すように、たとえば計測装置１０を用いて、投影光学系ＰＬを通過した光に基づいて照明光学系（２〜８）の照明瞳面と光学的に共役な面における２極状の光強度分布を計測する（Ｓ１１）。
【００５１】
次いで、計測工程Ｓ１１で計測された２極状の光強度分布の領域内の各点における光強度を所定の中心点に関して周方向に積分して所定の中心点を中心とする輪帯形状の光強度分布を求める（Ｓ１２）。具体的には、図７（ａ）に示すように計測工程Ｓ１１で計測された２極状の光強度分布７０に対して、所定の中心点としての光軸ＡＸを中心とする極座標（ｒ，θ）を設定する。ここで、ｒは極座標の半怪であり、θは極座標の動径角である。
【００５２】
この場合、２極状の光強度分布７０を構成する一対のほぼ円形形状の光強度分布７０ａおよび７０ｂにおいて光強度Ｉ（ｒ，θ）はその領域の全体に亘ってそれぞれ均一（一定）ではなく、たとえば変化の比較的大きいガウス型に近い分布を有する。工程Ｓ１２では、次の式（３）により、２極状の光強度分布７０の領域内の各点における光強度Ｉ（ｒ，θ）を光軸ＡＸに関して周方向（θ＝０〜２π）に積分して光軸ＡＸを中心とする輪帯形状の光強度分布７１（図７（ｂ）を参照）を求める。
【００５３】
【数３】
2005353869.tif 000005
【００５４】
式（３）の周方向積分により得られる輪帯形状の光強度分布７１は、光軸ＡＸを中心とする周方向に変化することなく径方向だけに変化する分布ＩA（ｒ）を有し、光軸ＡＸに関して回転対称な輪帯形状の光強度分布である。こうして、周方向積分により得られた輪帯形状の光強度分布７１に対して上述した評価工程Ｓ２〜Ｓ５を適用することにより、計測された２極状の光強度分布７０と実効的に等価な２極状で均一な光強度分布７２（図７（ｃ）を参照）の外径Ｒｏ、内径Ｒｉなどを求めることができる。
【００５５】
ここで、実効的に等価な２極状で均一な光強度分布７２の外径Ｒｏおよび内径Ｒｉは、光軸ＡＸを中心として２極状の光強度分布７２に外接する円の半径および内接する円の半径にそれぞれ対応する。具体的には、工程Ｓ１２で得られた輪帯形状の光強度分布７１について一次モーメント値ＰＭを求め（Ｓ１３）、工程Ｓ１２で得られた輪帯形状の光強度分布７１について二次モーメント値ＳＭを求め（Ｓ１４）、一次モーメント値ＰＭに基づいて実効的に等価な２極状で均一な光強度分布７２の外径Ｒｏと内径Ｒｉとの平均値に対応する中間径Ｒｍを求め（Ｓ１５）、二次モーメント値ＳＭに基づいて実効的に等価な２極状で均一な光強度分布７２の外径Ｒｏと内径Ｒｉとの差に対応する幅Ｂを求める（Ｓ１６）。
【００５６】
次いで、計測工程Ｓ１１で計測された２極状の光強度分布を構成する各極の光強度分布の領域内の各点における光強度を所定の中心点である光軸ＡＸに関して径方向に積分して光強度角度分布を求める（Ｓ１７）。具体的に、工程Ｓ１７では、次の式（４）により、２極状の光強度分布７０を構成する各極の光強度分布（７０ａ，７０ｂ）の領域内の各点における光強度Ｉ（ｒ，θ）を光軸ＡＸに関して径方向（ｒ＝０〜ｒ３）に積分して光強度角度分布ＩB（θ）（図８を参照）をそれぞれ求める。
【００５７】
【数４】
2005353869.tif 000006
【００５８】
次いで、工程１７で得られた光強度角度分布に基づいて、実効的に等価な２極状で均一な光強度分布の各極の光強度分布を所定の中心点としての光軸ＡＸから見込む角度を求める（Ｓ１８）。具体的に、工程Ｓ１８では、実効的に等価な２極状で均一な光強度分布７２を構成する各極の光強度分布（７２ａ，７２ｂ）を光軸ＡＸから見込む角度φを、たとえば光強度角度分布ＩB（θ）の半値幅Ｗｈに基づいてそれぞれ求める。最後に、評価工程（Ｓ１３〜Ｓ１８）の評価結果に基づいて、照明光学系（２〜８）の照明瞳面における光強度分布を調整する（Ｓ１９）。
【００５９】
具体的に、調整工程Ｓ１９では、照明光学系（２〜８）の照明瞳面と光学的に共役な面における２極状の光強度分布７０と実効的に等価な、ひいては照明光学系（２〜８）の照明瞳面における２極状の光強度分布（二次光源）と実効的に等価な２極状で均一な光強度分布７２の主要なパラメータ（外径、内径、見込む角度など）を参照し、露光装置への入力設定値に応答して所望のパラメータを有する実効的に等価な２極状で均一な光強度分布が二次光源として照明光学系（２〜８）の照明瞳面に形成されるように光学調整を行う。
【００６０】
なお、上述の説明では、ほぼ輪帯形状の光強度分布、ほぼ円形形状の光強度分布、および２極状の光強度分布の評価および調整に対して本発明をそれぞれ適用している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば他の複数極状の光強度分布の評価および調整に対しても同様に本発明を適用することができる。たとえば、図９に示すように、光軸ＡＸを中心とする４つの光強度分布９２〜９５により構成される４極状の光強度分布の場合、２極状の光強度分布に対する手法を応用して適用すればよい。
【００６１】
また、例えば光軸ＡＸを中心とする４つの光強度分布９２〜９５からなる４極状の光強度分布と、光軸ＡＸを中心とする４つの光強度分布９６〜９９からなる４極状の光強度分布とにより構成される８極状の光強度分布の場合、内側の４極状の光強度分布（９２〜９５）および外側の４極状の光強度分布（９６〜９９）に、２極状の光強度分布に対する手法をそれぞれ応用して適用すればよい。
【００６２】
また、例えば光軸ＡＸ上の光強度分布９１と光軸ＡＸを中心とする４つの光強度分布９２〜９５からなる４極状の光強度分布とにより構成される５極状の光強度分布の場合、光軸ＡＸ上の光強度分布９１にはほぼ円形形状の光強度分布に対する手法を適用し、４極状の光強度分布（９２〜９５）には２極状の光強度分布に対する手法を応用して適用すればよい。
【００６３】
また、例えば光軸ＡＸ上の光強度分布９１と、光軸ＡＸを中心とする４つの光強度分布９２〜９５からなる４極状の光強度分布と、光軸ＡＸを中心とする４つの光強度分布９６〜９９からなる４極状の光強度分布とにより構成される９極状の光強度分布の場合、光軸ＡＸ上の光強度分布９１にはほぼ円形形状の光強度分布に対する手法を適用し、内側の４極状の光強度分布（９２〜９５）および外側の４極状の光強度分布（９６〜９９）には、２極状の光強度分布に対する手法をそれぞれ応用して適用すればよい。
【００６４】
さらに、ほぼ輪帯形状の光強度分布に対する手法と、ほぼ円形形状の光強度分布に対する手法と、２極状の光強度分布に対する手法とを適宜組み合わせて用いることにより、様々な形態を有する光強度分布の評価および調整に対して本発明を適用することができる。
【００６５】
なお、上述の実施形態では、計測装置１０のピンホール部材１０ａを投影光学系ＰＬの像面位置に配置し、投影光学系ＰＬを通過した光に基づいて照明光学系（２〜８）の照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布を計測している。そして、この計測結果に基づいて、照明光学装置（１〜８）が搭載された露光装置を対象として光強度分布の評価を行っている。しかしながら、これに限定されることなく、計測装置１０のピンホール部材１０ａを照明光学装置（１〜８）の被照射面位置（投影光学系ＰＬの物体面位置に対応）に配置し、照明光学装置（１〜８）のみを対象として光強度分布の評価を同様に行うことができる。なお、計測装置１０のさらに詳細な構成および作用については、たとえば特開２０００−１９０１２号公報を参照することができる。
【００６６】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００６７】
先ず、図１０のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００６８】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１１のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１１において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００６９】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００７０】
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、図１に示すような特定の構成を有する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、照明光学装置の具体的な構成については様々な変形例が可能である。また、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源に対して本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の露光装置に搭載された計測装置の内部構成を概略的に示す図である。
【図３】本実施形態の計測装置を用いて計測されたほぼ輪帯形状の光強度分布の評価方法を含む調整方法の工程を概略的に示すフローチャートである。
【図４】本実施形態の計測装置を用いて計測されたほぼ輪帯形状の光強度分布に対して光軸を中心とする極座標（ｒ，θ）を設定した様子を示す図である。
【図５】図４に示すほぼ輪帯形状の光強度分布を実効的に等価な輪帯形状で均一な光強度分布として評価する手順を説明する図である。
【図６】本実施形態の計測装置を用いて計測された２極状の光強度分布の評価方法を含む調整方法の工程を概略的に示すフローチャートである。
【図７】本実施形態の計測装置を用いて計測された２極状の光強度分布の評価方法を説明する図である。
【図８】２極状の光強度分布を構成する各極の光強度分布を径方向積分して得られる光強度角度分布を概略的に示す図である。
【図９】２極状以外の他の複数極状の光強度分布の評価および調整に対する本発明の適用を説明する図である。
【図１０】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１１】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１  レーザ光源
３  回折光学素子
４  ズームレンズ
５  マイクロフライアイレンズ
６  コンデンサー光学系
７  マスクブラインド
８  結像光学系
１０  計測装置
１０ａ  ピンホール部材
１０ｂ  集光レンズ
１０ｃ  光検出器（二次元ＣＣＤ）
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
ＡＳ  開口絞り
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
2005353869.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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